CN106479128A - 一种光半导体器件封装用环氧树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

一种光半导体器件封装用环氧树脂组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光半导体器件封装用环氧树脂组合物及其制备方法，所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物按照重量份数由环氧树脂100份、固化剂30份~70份、玻璃粉150份~200份、固化促进剂0.5份~5份、脱模剂2份~5份和偶联剂2份~6份组成；将原料在90℃捏合机中混合均匀；然后在双辊炼胶机上继续混炼，直至组合物达到所需要的胶化时间或螺旋流动长度，混炼温度80℃~90℃，混炼后冷却粉碎。本发明的环氧树脂组合物可广泛用于封装光半导体器件及大规模集成电路，由环氧树脂、固化剂、固化促进剂、玻璃粉、偶联剂、脱模剂等组分组成；环氧树脂组合物固化后具有出色的透光性能，同时具有低膨胀系数和高导热性能。

Description

一种光半导体器件封装用环氧树脂组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于光半导体器件及集成电路封装技术领域，尤其涉及一种光半导体器件封装用环氧树脂组合物及其制备方法。
背景技术
目前，作为封装光半导体器件及集成电路的透光环氧树脂组合物，要求所述组合物的固化材料具有透明性。通常，广泛使用利用环氧树脂如双酚A型环氧树脂或脂环族环氧树脂和作为固化剂的酸酐而获得的环氧树脂组合物。该环氧树脂组合物的固化材料的确具有优良的透光性，为保持这种高透光性，组合物中通常不添加无机填料，这样一来导致组合物的固化材料线性膨胀系数比较大，特别是组合物的固化材料温度在玻璃化温度Tg以上时表现尤为突出。上述组合物固化材料的玻璃化温度Tg一般在90℃~150℃之间，当组合物封装了光半导体器件固化后在过回流焊或波峰焊时要承受200℃以上的高温，远高于其玻璃化温度Tg，此时由于组合物固化材料线性膨胀很大，容易引起固化材料与支架或芯片分层以及拉断引线等不良，当器件比较大时像集成电路及大规模集成电路，这种不良尤为突出，另外由于不含无机填料导热不良，由于热富集而引起的不良无法克服，加速树脂的热老化降低透光率。
综上所述，现有的环氧树脂组合物固化材料存在线性膨胀系数比较大，容易引起固化材料与支架或芯片分层以及拉断引线等不良；不含无机填料导热不良，热富集而引起的不良无法克服的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光半导体器件封装用环氧树脂组合物及其制备方法，旨在解决现有的环氧树脂组合物固化材料存在线性膨胀系数比较大，容易引起固化材料与支架或芯片分层以及拉断引线等不良；不含无机填料导热不良，热富集而引起的不良无法克服的问题。
本发明是这样实现的，一种光半导体器件封装用环氧树脂组合物，所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物按照重量份数由环氧树脂100份、固化剂30份~70份、玻璃粉150份~200份、固化促进剂 0.5份~5份、脱模剂2份~5份和偶联剂2份~6份组成。
进一步，所述环氧树脂包括双酚 A 型环氧树脂、双酚 F 型环氧树脂、双酚 S 型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、脂环族环氧树脂、含氮环状环氧树脂、氢化的双酚 A 型环氧树脂、氢化的双酚 F 型 环氧树脂、脂族环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、烷基取代的双酚的二缩水甘油醚、缩水甘油胺型环氧树脂、线性脂族环氧树脂、双环型环氧树脂、萘型环氧树脂中的任意一种。
进一步，所述固化剂为邻苯二甲酸酐、马来酸酐、偏苯三酸酐、均苯三酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基桥亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、戊二酸酐中任意一种、两种或多种组合。
进一步，所述固化促进剂为甲基咪唑、2，4~二甲基咪唑、2~乙基~4~甲基咪唑、2~苯基咪唑、2~苯基~4~甲基咪唑、2~（十七烷基）咪唑类化合物、三乙胺基苄基二甲胺、α~甲基苄基二甲胺、2~（二甲胺基甲基）苯酚、2，4，6~三（二甲胺基甲基）苯酚、1，8~二氮杂双环（5，4，0）十一碳烯~7叔胺基化合物以及三苯基膦、三乙基膦、三丁基膦、三（对甲基苯基）有机膦化合物中的任意一种。
进一步，所述脱模剂为巴西棕榈蜡，氧化聚乙烯蜡，酯化蜡中任意一种、两种或多种组合。
本发明的另一目的在于提供一种所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物的制备方法，所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物的制备方法包括以下步骤：
步骤一，按照重量份数将环氧树脂100份、固化剂30份~70份、玻璃粉150份~200份、固化促进剂 0.5份~5份、脱模剂2份~5份和偶联剂2份~6份在90℃捏合机中混合均匀；
步骤二，然后在双辊炼胶机上继续混炼，直至组合物达到所需要的胶化时间或螺旋流动长度，混炼温度80℃~90℃，混炼后冷却粉碎。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物的封装的光半导体器件。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物的封装的集成电路。
本发明提供的光半导体器件封装用环氧树脂组合物及其制备方法，采用玻璃粉作为填充剂用于光半导体器件封装环氧树脂组合物中，使环氧树脂组合物固化后具有出色的透光性能、低膨胀系数和高导热性能，该环氧树脂组合物可广泛用于封装光半导体器件及大规模集成电路，由环氧树脂、固化剂、固化促进剂、玻璃粉、偶联剂、脱模剂等组分组成；环氧树脂组合物固化后具有出色的透光性能，同时具有低膨胀系数和高导热性能。在本发明的环氧树脂组合物中，在不损失所获得的固化物材料特性的范围内，可根据目的而进一步添加各种添加剂。作为添加剂，列举出：增韧剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、抗静电剂、消泡剂、触变性赋予剂等。用于进一步提高固化物材料的耐光性和耐热性的抗氧化剂，加入量控制在0.5-1%，用于改良固化物材料的机械、物理性能和粘接性的增塑剂。本发明的环氧树脂组合物由于具有出色的透光性能、低膨胀系数和高导热性能，特别适合用于封装感光或发光的集成电路及大规模集成电路，尤其是面积大又比较薄的封装形式，可以有效抑制翘曲。因此，可以预见本发明所述的环氧树脂组合物在光电半导体封装行业会得到广泛的应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光半导体器件封装用环氧树脂组合物的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例提供的光半导体器件封装用环氧树脂组合物按照重量份数由环氧树脂100份、固化剂30份~70份、玻璃粉150份~200份、固化促进剂 0.5份~5份、脱模剂2份~5份和偶联剂2份~6份组成。
本发明可使用的环氧树脂包括双酚 A 型环氧树脂；双酚 F 型环氧树脂；双酚 S型环氧树脂；酚醛清漆型环氧树脂如苯酚酚醛清漆型环氧树脂和甲酚酚醛清漆型环氧树脂；脂环族环氧树脂；含氮环状环氧树脂如异氰脲酸单缩水甘油酯、异氰脲酸二缩水甘油酯、异氰脲酸三缩水甘油酯和乙内酰脲型环氧树脂；氢化的双酚 A 型环氧树脂；氢化的双酚 F 型 环氧树脂；脂族环氧树脂；缩水甘油醚型环氧树脂；烷基取代的双酚等的二缩水甘油醚；通过多胺如二氨基二苯基甲烷、异氰脲酸等与环氧氯丙烷的反应而获得的缩水甘油胺型环氧树脂；通过利用过酸如过乙酸对烯烃键进行氧化而获得的线性脂族环氧树脂；主要用作提供具有低吸水率的固化树脂类型的联苯型环氧树脂；双环型环氧树脂；以及萘型环氧树脂。 这些环氧树脂可以单独使用或者以其两种以上组合使用。 其中，从防止环氧树脂组合物封装光半导体固化后颜色改变的角度考虑，优选使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族型环氧树脂或异氰脲酸三缩水甘油酯。作为这些环氧树脂，通常使用具有100~1000环氧当量和120℃以下软化点的环氧树脂。这是因为，可能存在如下情况 ：当环氧当量太低时，环氧树脂组合物固化材料变脆；而当环氧当量太高时，存在环氧树脂组合物固化材料的玻璃化转变温度 (Tg) 变低的趋势。
本发明的固化剂从透明角度考虑，通常使用酸酐基固化剂。其例子包括无色或淡黄色的酸酐如邻苯二甲酸酐、马来酸酐、偏苯三酸酐、均苯三酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基桥亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、戊二酸酐。这些可单独使用或两种或多种组合使用。在上述的酸酐固化剂中，优选使用邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐或甲基四氢邻苯二甲酸酐。
本发明的固化促进剂可以是甲基咪唑、2，4~二甲基咪唑、2~乙基~4~甲基咪唑、2~苯基咪唑、2~苯基~4~甲基咪唑、2~（十七烷基）咪唑等咪唑类化合物；三乙胺基苄基二甲胺、α~甲基苄基二甲胺、2~（二甲胺基甲基）苯酚、2，4，6~三（二甲胺基甲基）苯酚、1，8~二氮杂双环（5，4，0）十一碳烯~7等叔胺基化合物；以及三苯基膦、三乙基膦、三丁基膦、三（对甲基苯基）膦等有机膦化合物。
本发明的脱模剂可以是常见的用于电子器件封装用环氧树脂组合物中使用的脱模剂，像巴西棕榈蜡，氧化聚乙烯蜡，酯化蜡等。作为脱模剂这些蜡可单独使用或两种或多种组合使用。从透光率角度考虑，优选氧化聚乙烯蜡和酯化蜡。
如图1所示，本发明实施例提供的光半导体器件封装用环氧树脂组合物的制备方法包括以下步骤：
S101：按照重量份数将环氧树脂100份、固化剂30份~70份、玻璃粉150份~200份、固化促进剂 0.5份~5份、脱模剂2份~5份和偶联剂2份~6份在90℃捏合机中混合均匀；
S102：然后在双辊炼胶机上继续混炼，直至组合物达到所需要的胶化时间或螺旋流动长度，混炼温度80℃~90℃，混炼后冷却粉碎。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
实施例A
环氧树脂选用双酚 A 型环氧树脂（环氧当量650，软化点78℃）45份，双酚 A 型环氧树脂（环氧当量800，软化点92℃）45份，异氰脲酸三缩水甘油酯（TGIC）（环氧当量100，熔点102℃）10份；固化剂选用甲基六氢邻苯二甲酸酐（MeHHPA）和六氢邻苯二甲酸酐(HHPA)各20份；球型玻璃粉（平均粒径20㎛，折光指数1.55）100份，球型玻璃粉（平均粒径5㎛，折光指数1.55）47份；固化促进剂用三苯基膦1份；脱模剂选用科莱恩化工(中国)有限公司生产的Licowax KSL和Licowax 191各2份；偶联剂选用KH560（江苏晨光偶联剂有限公司生产）2份。
将上述原材料先在90℃捏合机中混合均匀，然后在双辊炼胶机上继续混炼，直至组合物达到所需要的胶化时间或螺旋流动长度，混炼温度80℃~90℃，混炼后冷却粉碎。
实施例B
选用组分除球型玻璃粉（平均粒径20㎛，折光指数1.55）150份，球型玻璃粉（平均粒径5㎛，折光指数1.55）70.5份外，其它组分与实施例A相同，其制备方法也与实施例A相同。
实施例C
选用组分除球型玻璃粉（平均粒径20㎛，折光指数1.55）300份，球型玻璃粉（平均粒径5㎛，折光指数1.55）141份外，其它组分与实施例A相同，其制备方法也与实施例A相同。
对比例A
选用组分除结晶型二氧化硅微粉（平均粒径20㎛）100份，结晶型二氧化硅微粉（平均粒径5㎛）47外，其它组分与实施例A相同，其制备方法也与实施例A相同。
对比例B
选用组分除球型二氧化硅微粉（平均粒径20㎛）100份，球型二氧化硅微粉（平均粒径5㎛）47外，其它组分与实施例A相同，其制备方法也与实施例A相同。
对比例C
选用组分除去掉玻璃粉外，其它组分与实施例A相同，其制备方法也与实施例A相同。
实施例及对比例配方汇总见表1。
表1实施例及对比例配方汇总
下面结合性能测试对本发明的应用效果作详细的描述。
按照下述方法进行：
1.透光率
（1）样片制备：样片尺寸为25mm×15mm×1mm（长×宽×厚），模具温度150±2℃，传递压力40±2㎏/㎝2，注进时间40秒，固化时间160秒，为了防止制备样片时产生气泡而影响测试结果，预先将粉料压制成圆柱形锭料。
（2）测试：测试仪器为日本岛津公司的UV~2600型UV~VIS分光光度计（带积分球），测试波长为850nm。
2.平均线性膨胀系数
（1）样片制备：样条尺寸为6mm×6mm×50mm，模具温度150±2℃，传递压力40±2㎏/㎝2，注进时间40秒，固化时间160秒，成型后在150℃固化3小时。为了防止制备样片时产生气泡而影响测试结果，预先将粉料压制成圆柱形锭料。
（2）测试：测试仪器为PCY型高温卧式膨胀仪，湘潭华丰仪器制造有限公司生产，测试温度20℃~175℃。
3.弯曲强度与弯曲模量 按照GB/T 9341~2008样条尺寸为80mm×10mm×4mm
样条制备：将样品锭料在150±2℃模压成型固化5分钟，取出样条再在150℃下后固化3小时。
测试：仪器为UTM5000型电子万能试验机，深圳三思纵横科技股份有限公司制造。
每一款样品测试5根样条取平均值。
以上性能测试结果见表2
4.导热率
（1）样片制备：样片尺寸为Ф30mm×2mm，将样品锭料在150±2℃模压成型固化5分钟，取出样片再在150℃下后固化3小时。
（2）测试：测试仪器为DRL~III导热系数测试仪，湘潭市仪器仪表有限公司生产。
表2性能测试结果
从以上对比结果来看，实施例与对比例A和对比例B相比透光率有显著提高，显示出了优异的透光性能，而且透光率随透明硅微粉的增加降低并不明显。
实施例与对比例C相比，透光率有所降低，但是平均线性膨胀系数具有更显著的减小，同时导热率也提高非常明显，弯曲强度也有大幅度提高。
本发明的环氧树脂组合物由于具有出色的透光性能、低膨胀系数和高导热性能，特别适合用于封装感光或发光的集成电路及大规模集成电路，尤其是面积大又比较薄的封装形式，可以有效抑制翘曲。因此，可以预见本发明所述的环氧树脂组合物在光电半导体封装行业会得到广泛的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光半导体器件封装用环氧树脂组合物，其特征在于，所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物按照重量份数由环氧树脂100份、固化剂30份~70份、玻璃粉150份~200份、固化促进剂 0.5份~5份、脱模剂2份~5份和偶联剂2份~6份组成。
2.如权利要求1所述的光半导体器件封装用环氧树脂组合物，其特征在于，所述环氧树脂包括双酚 A 型环氧树脂、双酚 F 型环氧树脂、双酚 S 型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂、脂环族环氧树脂、含氮环状环氧树脂、氢化的双酚 A 型环氧树脂、氢化的双酚 F 型 环氧树脂、脂族环氧树脂、缩水甘油醚型环氧树脂、烷基取代的双酚的二缩水甘油醚、缩水甘油胺型环氧树脂、线性脂族环氧树脂、双环型环氧树脂、萘型环氧树脂中的任意一种。
3.如权利要求1所述的光半导体器件封装用环氧树脂组合物，其特征在于，所述固化剂为邻苯二甲酸酐、马来酸酐、偏苯三酸酐、均苯三酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基桥亚甲基四氢邻苯二甲酸酐、戊二酸酐中任意一种、两种或多种组合。
4.如权利要求1所述的光半导体器件封装用环氧树脂组合物，其特征在于，所述固化促进剂为甲基咪唑、2，4~二甲基咪唑、2~乙基~4~甲基咪唑、2~苯基咪唑、2~苯基~4~甲基咪唑、2~（十七烷基）咪唑类化合物、三乙胺基苄基二甲胺、α~甲基苄基二甲胺、2~（二甲胺基甲基）苯酚、2，4，6~三（二甲胺基甲基）苯酚、1，8~二氮杂双环（5，4，0）十一碳烯~7叔胺基化合物以及三苯基膦、三乙基膦、三丁基膦、三（对甲基苯基）有机膦化合物中的任意一种。
5.如权利要求1所述的光半导体器件封装用环氧树脂组合物，其特征在于，所述脱模剂为巴西棕榈蜡，氧化聚乙烯蜡，酯化蜡中任意一种、两种或多种组合。
6.一种如权利要求1所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物的制备方法，其特征在于，所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物的制备方法包括以下步骤：
步骤一，按照重量份数将环氧树脂100份、固化剂30份~70份、玻璃粉150份~200份、固化促进剂 0.5份~5份、脱模剂2份~5份和偶联剂2份~6份在90℃捏合机中混合均匀；
步骤二，然后在双辊炼胶机上继续混炼，直至组合物达到所需要的胶化时间或螺旋流动长度，混炼温度80℃~90℃，混炼后冷却粉碎。
7.一种利用权利要求1~5任意一项所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物的封装的光半导体器件。
8.一种利用权利要求1~5任意一项所述光半导体器件封装用环氧树脂组合物的封装的集成电路。
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